Sötét energia hajtja az Univerzumot

Távoli és eltorzult galaxisok képei segítenek a Világegyetem megértésében. Az eddig készült legrészletesebb felmérés megerősítette a feltételezést: az Univerzum valóban gyorsulva tágul, amiért a benne lévő sötét energia felel. 

Minden korábbinál pontosabb méréseket végeztek közel félmillió galaxisról. A távoli csillagvárosok alakja, képeik torzulása az Univerzum jövőjének tisztázásában is segít. A mérések igazolták a sötét energia létezését, és rámutattak, miként viselkedik az Univerzum a távoli jövőben.

Tim Schrabback (Leiden Observatory) és kollégái a Hubble-űrtávcső (HST) COSMOS nevű felvételét vizsgálták. Ez egy nagy határfényességgel készült fotó, amelyen temérdek távoli égitestet kaptak lencsevégre a Világegyetem korai időszakából is. Az összesen 1000 órányi expozíciós idővel rögzített mozaik elemeit az ACS detektorral rögzített 575 szegmensből rakták össze.

Összesen 446 ezer galaxis alakját tanulmányozták nagy pontossággal a felvételen. A HST adatait földi távcsövekkel meghatározott vöröseltolódási értékekkel egészítettek ki, amelyek alapján az objektumok távolságára következtettek. A minden korábbinál nagyobb felmérés során a gravitációslencse jelenséget vizsgálták, amelynek keretében a hozzánk közelebb lévő objektumok és galaxishalmazok eltorzítják a még messzebb lévők képét.

Forrás: NASA, ESA, P. Simon (University of Bonn) and T. Schrabback (Leiden Observatory)

Az anyag (főleg a láthatatlan tömeg) eloszlása a COSMOS felmérés irányában. A fehér, kék és zöld színnel jelzett tömegkoncentrációk közelebbi, a narancs és vörös színek távolabbi anyagtömegeket jelölnek (NASA, ESA, P. Simon (University of Bonn) and T. Schrabback (Leiden Observatory))

Mindebből a jelenséget (tehát a lencsehatást) kiváltó objektumok tömegére következtettek. A torzulás mértéke nem csak egy-egy galaxishalmaz tömegétől függ, hanem a megtett út hosszától, az előforduló halmazok számától is. Minél távolabbról érkezik a fény, annál több lehetősége volt rá, hogy galaxishalmazokkal találkozzon és torzulásokat szenvedjen.

Forrás: NASA, ESA, J. Hartlap (University of Bonn), P. Simon (University of Bonn) and T. Schrabback

Megfigyelés (balra) és két szimuláció (középen és jobbra) a láthatatlan tömeg eloszlásáról egy sötét energiában gazdag (középen) és szegény (jobbra) Világegyetem esetén. Látható, hogy a megfigyelés a sok sötét energia létét támasztja alá (NASA, ESA, J. Hartlap (University of Bonn), P. Simon (University of Bonn) and T. Schrabback (Leiden Observatory))

A felmérés alapján a Világegyetemben lévő anyag eloszlására, mennyiségére következtettek. A munka eredménye igazolta, hogy a Világegyetem jelenleg gyorsuló ütemben tágul. Utóbbit a sötét energiának nevezett tényező okozza, amely a gravitáció ellen hat, és amelynek jelenlétében a galaxishalmazok lassabban növekszenek, mint nélküle, illetve ma már gyorsul az egész Univerzum tágulása. Mindezek felett a mérések ismételten igazolták az általános relativitáselmélet leírását arról, miként függ a gravitációs lencsehatás a vöröseltolódástól.

Forrás: NASA, ESA, P. Simon (University of Bonn) and T. Schrabback (Leiden Observatory)

A láthatatlan tömeg mért eloszlása a Világegyetem egyre korábbi időszakaiban (balról jobbra). A mérés keretében az egyre távolabbi objektumok képét egyre több előtérbeli égitest torzította el gravitációs lencsehatása révén (NASA, ESA, P. Simon (University of Bonn) and T. Schrabback (Leiden Observatory))

Az anyag fejlődése és csomókba rendeződése egy sötét eneria dominálta (balra) és egy abban szegény Világegyetem esetén (jobbra) (J. Hartlap (University of Bonn), Gadget-2 (V. Springel), IFrIT (N. Gnedin))

Tízszer annyi galaxis létezik, mint sejtették

Ismert a jelenség, hogy a csillagközi anyag fényelnyelő hatása kioltja a távoli égitestek sugárzását - ennek megfelelően több galaxis létezhet a Világegyetemben, mint az közvetlenül látható. A pontos arány megbecslése azonban nehéz. Egy új, az ultraibolya tartományban készült felmérés a valódi helyzetet jobban közelítő eredményt adott. Az Európai Déli Obszervatórium (ESO) 8,2 méter átmérőjű távcsöveivel a GOODS nevű, nagy határfényességű, a déli égbolt kis szeletéről készült felvétel alapján végeztek részletes felmérést.

A felmérés keretében vizsgált égterület (ESO, Hayes)

A szakemberek közel 10 milliárd évvel ezelőtti galaxisokra vadásztak az ősi Univerzumban. Míg az úgynevezett Lyman-alfa tartományban készített megfigyelések kevesebb, az ultraibolya hullámhosszakon végzettek sokkal több galaxist mutattak. A felmérés alapján a galaxisoknak közel 90%-át eddig nem vették észre, pontosabban a statisztikák hibásan számoltak velük. Ahol tehát az egy távoli galaxis mutatkozik, közel tízszer ennyi lehet valójában - de mindez nem befolyásolja jelentősen a láthatatlan tömegről és sötét energiáról kialakult képünket.